CN210156932U - 变流器装置与光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种变流器装置与光伏发电系统，该装置包括直流变流器、交流变流器、光伏侧端子、母线侧端子和负载接线端子，光伏侧端子连接直流变流器，直流变流器连接交流变流器，母线侧端子连接交流变流器，交流变流器连接负载侧端子，光伏侧端子或母线侧端子用于连接光伏发电设备，负载侧端子用于连接负载。光伏发电设备可通过母线侧端子与交流变流器连接，交流变流器将转换后的电流通过负载侧端子输送至负载，光伏发电设备也可通过光伏侧端子连接直流变流器，经过直流变流器和交流变流器的共同作用后输送至负载，该变流器装置包括多个接口，提高了变流器装置的兼容性，减少了变流器装置的使用成本，使用便捷，使用可靠性高。

Description

变流器装置与光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种变流器装置与光伏发电系统。

背景技术

随着电力电子技术的迅速发展，各种用电设备层出不穷，不同用电设备的用电需求不一样，因此变流器得到了广泛的应用，变流器应用在电路中，使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化，然后将变化后的电能输送至用电设备，使用电设备能正常工作。

传统的变流器装置包括DC/AC单级式变流器装置和DC/DC+DC/AC双级式结构变流器装置，在光伏发电系统中，根据应用场景的不同，选择不同的变流器装置投入使用，然而，两种变流器需要单独开发和维护，使变流器的生产成本和使用成本增加，使用不便捷，使用可靠性低。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的变流器装置使用可靠性低的问题，提供一种变流器装置与光伏发电系统。

一种变流器装置，包括直流变流器、交流变流器、光伏侧端子、母线侧端子和负载接线端子，所述光伏侧端子连接所述直流变流器，所述直流变流器连接所述交流变流器，所述母线侧端子连接所述交流变流器，所述交流变流器连接所述负载侧端子，所述光伏侧端子或所述母线侧端子用于连接光伏发电设备，所述负载侧端子用于连接负载。

一种光伏发电系统，包括光伏发电设备和如上述的变流器装置，所述光伏发电设备连接所述变流器装置。

上述变流器装置与光伏发电系统，当母线侧端子连接光伏发电设备，光伏发电设备通过母线侧端子与交流变流器连接时，交流变流器将转换后的电流通过负载侧端子输送至负载；当光伏侧端子连接光伏发电设备，光伏发电设备通过光伏侧端子连接直流变流器时，直流变流器连接交流变流器，经过直流变流器和交流变流器的共同作用后输送至负载。该变流器装置包括多个接口，可适用于连接光伏侧端子和连接母线侧端子的光伏发电设备的两种应用场景，提高了变流器装置的兼容性，减少了变流器装置的使用成本，使用便捷，使用可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中变流器装置的结构框图；

图2为一个实施例中变流器装置的应用场景结构图；

图3为另一个实施例中变流器装置的应用场景结构图；

图4为一个实施例中光伏发电系统的结构框图；

图5为另一个实施例中光伏发电系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行更加全面的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，请参见图1，提供一种变流器装置，该装置包括直流变流器110、交流变流器120、光伏侧端子PV、母线侧端子BUS和负载侧端子OUT，光伏侧端子PV连接直流变流器110，直流变流器110连接交流变流器120，母线侧端子BUS连接交流变流器120，交流变流器120连接负载侧端子，光伏侧端子PV或母线侧端子BUS用于连接光伏发电设备，负载侧端子OUT用于连接负载。当母线侧端子BUS连接光伏发电设备，光伏发电设备通过母线侧端子BUS与交流变流器120连接时，交流变流器120将转换后的电流通过负载侧端子OUT输送至负载，当光伏侧端子PV连接光伏发电设备，光伏发电设备通过光伏侧端子PV连接直流变流器110时，直流变流器110连接交流变流器120，经过直流变流器110和交流变流器120的共同作用后输送至负载，该变流器装置包括多个接口，可适用于连接光伏侧端子PV和连接母线侧端子BUS的光伏发电设备的两种应用场景，提高了变流器装置的兼容性，减少了变流器装置的使用成本，使用便捷，使用可靠性高。

具体地，在本实施例中，直流变流器110是指DC/DC变流器，实现的功能是直流转直流，交流变流器120是指DC/AC变流器，实现的功能是直流转交流。光伏发电设备可以将太阳能转化为电能后供需要的设备使用，光伏发电设备有两种应用场景，第一种应用场景为，光伏发电设备包括光伏组件和功率优化设备，请参见图2，单块光伏组件都带有功率优化设备，根据功率优化设备输出电压大小进行串联，达到直流高压，针对单块光伏组件开发的功率优化设备，将光伏组件输出电压进行升压，并实现光伏组件输出的最大功率跟踪，能最大化利用光伏组件的发电量，当单块光伏组件出现异常时，功率优化设备可将其旁路，并不影响其他光伏组件的正常工作。在此种应用场景下，光伏发电设备中的功率优化设备串联后连接母线侧端子BUS，通过母线侧端子BUS连接DC/AC变流器，将光伏发电设备产生的直流电转化为交流电后，通过负载侧端子输送至负载处供负载使用，可充分利用光伏发电设备的发电量，提高电能转换效率，提高变流器装置工作效率。

第二种应用场景为，请参见图3，光伏发电设备包括光伏组件，光伏组件输出端串联，建立直流高压，在此种应用场景下，光伏发电设备中的光伏组件串联后连接光伏侧端子PV，通过光伏侧端子PV连接DC/DC变流器，DC/DC变流器连接DC/AC变流器，光伏发电设备产生的直流电经DC/DC变流器转化后，再经DC/AC变流器转化为交流电后，通过负载侧端子输送至负载处供负载使用，在这种情况下，变流器装置接入光伏组件电压范围较宽，且能实现直流母线电压稳定。

光伏发电设备经过变流器装置的作用后，可将产生的电能经变流器装置转化后，通过变流器装置的负载侧端子供负载使用，例如，可通过负载侧端子连接电网，给电网输送能量，实现变流器装置的并网。本实施例中的端子包括光伏侧端子PV、母线侧端子BUS和负载侧端子OUT，这些端子的结构并不是唯一的，以光伏侧端子PV为例，光伏侧端子PV连接直流变流器110，光伏侧端子PV可以是在直流变流器110上形成的插/拔接口，这些接口通过导线连接直流变流器110的其他结构，使用时，光伏发电设备通过导线或接口等连接到直流变流器110上的光伏侧接口，使用方便，或者，可以将直流变流器110用于接入电能的器件作为光伏侧接口，例如将直流变流器110中用于接入电能的导线作为光伏侧接口，使用时将导线连接到光伏发电设备上即可，可以减少硬件结构，减少使用成本。可以理解，母线侧端子BUS和负载侧端子的结构与上述说明的光伏侧端子PV的结构类似，在此不再赘述。

在一个实施例中，光伏侧端子PV与直流变流器110可拆卸连接，直流变流器110与交流变流器120可拆卸连接。可拆卸连接使直流变流器110可从变流器装置中拆卸下来，适用范围更广。

具体地，基于光伏侧端子PV与直流变流器110可拆卸连接，直流变流器110与交流变流器120可拆卸连接的连接关系，可以改变变流器装置中投入使用的器件，当光伏侧端子PV与直流变流器110断开连接，或者直流变流器110与交流变流器120断开连接时，直流变流器110与光伏侧端子PV不投入使用，光伏发电设备通过母线侧端子BUS连接变流器装置时，经过变流器装置中交流变流器120作用后将直流电转化为交流电后供负载使用。当光伏侧端子PV与直流变流器110断开连接，且直流变流器110与交流变流器120断开连接时，直流变流器110与光伏侧端子PV不投入使用，可将直流变流器110从变流器装置中拆卸下来，从而减轻变流器装置的重量，使变流器装置使用更便捷，实现变流器装置的单级式逆变拓扑功能，提高光伏发电量的利用率。

当光伏侧端子PV与直流变流器110连接完好，且直流变流器110与交流变流器120连接完好时，光伏发电设备可连接光伏侧端子PV，通过光伏侧端子PV连接DC/DC变流器，DC/DC变流器连接DC/AC变流器，光伏发电设备产生的直流电经DC/DC变流器转化后，再经DC/AC变流器转化为交流电后，通过负载侧端子输送至负载处供负载使用，在这种情况下，变流器装置中安装有DC/DC变流器，变流器装置实现模块化变流器的双级式拓扑功能，既可以拓宽光伏发电设备输入的电压范围，又可实现直流母线电压稳定输出，对接直流负载。

实现可拆卸连接的装置并不是唯一的，以直流变流器110与交流变流器120可拆卸连接为例，实现可拆卸连接的装置可以为插拔装置，直流变流器110表面形成有导电的凸起结构，交流变流器120表面形成有凹陷结构，凹陷结构从表面往交流变流器120中心部位的方向延伸，凸起结构和凹陷结构的大小匹配，将凸起结构插入凹陷结构时可实现直流变流器110与交流变流器120的导电连接，当需要断开直流变流器110与交流变流器120的连接时，把直流变流器110拔出即可，使用便捷，可以理解，在其他实施例中，也可以采用其他结构的装置实现直流变流器110与交流变流器120可拆卸连接，例如卡扣结构等，只要本领域技术人员认为可以实现即可。实现光伏侧端子PV与直流变流器110可拆卸连接的结构可以与上述实现直流变流器110与交流变流器120可拆卸连接的结构类似，在此不再赘述。

在一个实施例中，光伏侧端子PV为两个以上。当光伏侧端子PV的数量为两个以上时，通过多个光伏侧端子PV连接多个光伏发电设备，提高模块化变流器的工作效率。

具体地，光伏侧端子PV指的是与一个光伏发电设备实现有效连接的端子，一个有效端子中包括的端子的具体数量可以为一个或两个以上，根据实际情况决定。在本实施例中，光伏侧端子PV的数量是指与不同的光伏发电设备的连接的有效端子的数量，例如，当光伏侧的数量为两个时，变流器装置可通过两个光伏侧端子PV连接两个不同的光伏发电设备。光伏设备包括串联的光伏组件，当光伏侧端子PV的数量为两个以上时，若一组串联后的光伏组件输出的电压不能满足需求时，可通过变流器装置中其他的光伏侧端口连接其他的光伏发电设备，以增大变流器装置的输入电压，可扩展性好，还可通过设置不同光伏侧端口连接的光伏发电设备的不同工作时序实现对接入的光伏发电设备输送电能的按顺序处理，提高变流器装置的工作效率。此外，当光伏侧端子PV的数量为两个以上时，若其中一个光伏侧端子PV发生故障，还可采用其他光伏侧端子PV替代，保障变流器装置的正常运行，提高变流器装置的使用可靠性。

在一个实施例中，请参见图2或图3，光伏侧端子PV包括光伏正极接线端子PV1+和光伏负极接线端子PV1-，光伏正极接线端子PV1+和光伏负极接线端子PV1-均连接直流变流器110，母线侧端子BUS包括母线正极接线端子Bus+和母线负极接线端子Bus-，母线正极接线端子Bus+和母线负极接线端子Bus-均连接交流变流器120，负载侧端子OUT包括负载正极接线端子L和负载负极接线端子N，负载正极接线端子L和负载负极接线端子N均连接交流变流器120。具体地，变流器装置通过光伏正极接线端子PV1+和光伏负极接线端子PV1-与光伏发电设备实现电能传输，或者通过母线正极接线端子Bus+和母线负极接线端子Bus-与光伏发电设备实现电能传输，变流器装置还通过负载正极接线端子L和负载负极接线端子N将转化后的电能传输至负载，供负载正常工作。当负载为电网时，负载正极接线端子L连接电网的火线，负载负极接线端子N连接电网连线，以将变流器装置转化后的电能传送到电网中。可以理解，在其他实施例中，光伏侧端子PV、母线侧端子BUS和负载侧端子OUT的具体结构和包括的端子的数量也可以为其他情况，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

在一个实施例中，变流器装置还包括保护壳，直流变流器110和交流变流器120均设置于保护壳内，光伏侧端子PV、母线侧端子BUS和负载接线端子OUT设置于保护壳。保护壳上设置有导线接线柱作为对应端子，保护壳上设置的导线接线柱作为对应端子，用于连接光伏发电设备和负载，保护壳可起到保护变流器装置的其他器件的作用，以延长变流器装置的使用寿命。

具体地，保护壳的大小并不是唯一的，一般来说，保护壳的大小只要能满足将直流变流器110装置的其他部件包裹起来的尺寸即可，在起到保护作用的同时也不会占用额外的空间，使用便捷。保护壳的材料也不是唯一的，例如可采用涂覆有绝缘层的金属保护壳，金属保护壳耐冲击、抗腐蚀，可以延长保护的变流器装置其他器件的使用寿命，金属保护壳包括绝缘层，可以防止漏电，提高变流器装置的安全性。保护壳的具体结构也不是唯一，例如保护壳包括底座和保护罩，变流器装置的其他器件设置于底座上，保护罩将变流器装置的其他器件包裹起来，然后与底座连接，底座可使变流器装置固定设置在需要的场合，提高变流器装置工作的稳定性，保护罩可起到保护变流器装置中其他器件的作用，从而延长使用寿命。可以理解，在其他实施例中，保护壳也可以为其他结构，只要本领域技术人员认为可以实现即可。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明，在一个实施例中，变流器装置包括DC/DC变流器和DC/AC变流器，DC/DC变流器和DC/AC变流器均模块化设计，其中DC/DC变流器模块可拆装，变流器装置接线端子有光伏侧PV1+/PV1-、直流母线侧Bus+/Bus-，电网侧L/N。

当每块光伏组件均接有功率优化设备时，请参见图2，基于功率优化设备输出电压大小和模块化变流器母线Bus+、Bus-电压大小确定串联数量。确定串联数量的具体方法为：以直流母线电压为400V，单个功率优化设备最大输出电压58V，光伏组件开路电压38V为例，则可以确定光伏组件接入最大约为10块(400/38)，最少接入数量7块(400/58)，可以根据客户侧安装位置确定具体安装数量。串联后建立直流高压接入到变流器装置的直流母线Bus+、Bus-接线端子，经模块化的DC/AC后并入电网，或者给交、直流负载供电，此种情况变流器装置中DC/DC变流器模块拆卸掉，实现变流器装置的单级式逆变拓扑功能，提高光伏发电量的利用率。

当光伏发电系统中不安装功率优化设备，请参见图3，光伏组件串联连接建立直流高压接入到变流器装置的光伏侧PV1+、PV1-接线端子处，经模块化DC/DC和模块化的DC/AC后并入电网，或者给交、直流负载供电，此时变流器装置中安装有DC/DC，实现变流器装置的双级式拓扑功能，其中光伏侧接线端子可扩展为多路光伏输入，既可以拓宽光伏组件输入的电压范围，又可实现直流母线电压稳定输出，对接直流负载。该变流器装置的外部接线端子兼容两种光伏发电应用场景，基于此种设计方式可提高变流器装置的兼容性，同时减少变流器生产商的成本投入。

上述变流器装置，当母线侧端子BUS连接光伏发电设备，光伏发电设备通过母线侧端子BUS与交流变流器120连接时，交流变流器120将转换后的电流通过负载侧端子输送至负载，当光伏侧端子PV连接光伏发电设备，光伏发电设备通过光伏侧端子PV连接直流变流器110时，直流变流器110连接交流变流器120，经过直流变流器110和交流变流器120的共同作用后输送至负载，该变流器装置包括多个接口，可适用于连接光伏侧端子PV和连接母线侧端子BUS的光伏发电设备的两种应用场景，提高了变流器装置的兼容性，减少了变流器装置的使用成本，使用便捷，使用可靠性高。

在一个实施例中，请参见图4，提供一种光伏发电系统，包括光伏发电设备200和如上述的变流器装置100，光伏发电设备200连接变流器装置100。

具体地，光伏发电设备200可以将太阳能转化为电能后供需要的设备使用，光伏发电设备200可通过变流器装置100的光伏侧端口或者母线侧端口与变流器装置100连接，光伏发电设备200产生的电能经过变流器装置100的转换，通过负载侧端口输送至负载处供负载使用。光伏发电设备200的结构并不是唯一的，在一个实施例中，光伏发电设备200包括光伏组件210，光伏组件210输出端串联，建立直流高压，在此种应用场景下，光伏发电设备200中的光伏组件210串联后连接光伏侧端子PV，通过光伏侧端子PV连接DC/DC变流器，DC/DC变流器连接DC/AC变流器，光伏发电设备200产生的直流电经DC/DC变流器转化后，再经DC/AC变流器转化为交流电后，通过负载侧端子输送至负载处供负载使用，在这种情况下，变流器装置100接入光伏组件210电压范围较宽，且能实现直流母线电压稳定。

在一个实施例中，请参见图5，光伏发电设备200包括光伏组件210和功率优化设备220，光伏组件210通过功率优化设备220连接变流器装置100。

具体地，光伏发电设备200包括光伏组件210和功率优化设备220，单块光伏组件210都带有功率优化设备220，根据功率优化设备220输出电压大小进行串联，达到直流高压，针对单块光伏组件210开发的功率优化设备220，将光伏组件210输出电压进行升压，并实现光伏组件210输出的最大功率跟踪，能最大化利用光伏组件210的发电量，当单块光伏组件210出现异常时，功率优化设备220可将其旁路，并不影响其他光伏组件210的正常工作。在此种应用场景下，光伏发电设备200中的功率优化设备220串联后连接母线侧端子BUS，通过母线侧端子BUS连接DC/AC变流器，将光伏发电设备200产生的直流电转化为交流电后，通过负载侧端子输送至负载处供负载使用，可充分利用光伏发电设备200的发电量，提高电能转换效率，提高变流器装置100工作效率。

在一个实施例中，光伏组件210的数量与功率优化设备220的数量相等。每一个光伏组件210均连接一个功率优化设备220，这些功率优化设备220串联后连接变流器装置100，针对单块光伏组件210开发的功率优化设备220，将光伏组件210输出电压进行升压，并实现光伏组件210输出的最大功率跟踪，能最大化利用光伏组件210的发电量，当单块光伏组件210出现异常时，功率优化设备220可将其旁路，并不影响其他光伏组件210的正常工作，从而提高光伏发电系统的工作可靠性。

在一个实施例中，请参见图5，光伏发电系统还包括切换开关装置300，切换开关装置300连接光伏发电设备200，并连接光伏侧端子PV和母线侧端子BUS。切换开关装置300用于改变与光伏发电设备200的导通线路，具体地，可改变光伏侧端子PV或母线侧端子BUS与光伏发电设备200导通，从而使变流器装置100中不同的变流器投入使用，使用便捷。

具体地，切换开关装置300的结构并不是唯一的，例如可以为多档开关，多档开关的静触点连接光伏发电设备200，多档开关的动触点分别连接光伏侧端子PV和母线侧端子BUS，通过改变静触点与不同的动触点导通，可以切换与光伏发电设备200导通的端子，使用便捷。

在一个实施例中，光伏发电系统还包括控制器400，控制器400连接切换开关装置300。

具体地，控制器400可以控制切换开关装置300的工作状态，具体可通过发送控制信号控制切换开关装置300的工作状态，例如，当切换开关装置300为继电器时，继电器的动触点分别连接光伏侧端子PV和母线侧端子BUS，控制器400可以发送高电平或低电平控制继电器线圈是否通电，根据继电器线圈的不同状态，静触点与连接不同端子的动触点导通，以改变与光伏发电设备200的导通线路。根据线圈的通电状态控制开关的不同组合，切换方便，可以实现导通线路的自动控制。

上述光伏发电系统，当母线侧端子BUS连接光伏发电设备200，光伏发电设备200通过母线侧端子BUS与交流变流器120连接时，交流变流器120将转换后的电流通过负载侧端子输送至负载，当光伏侧端子PV连接光伏发电设备200，光伏发电设备200通过光伏侧端子PV连接直流变流器110时，直流变流器110连接交流变流器120，经过直流变流器110和交流变流器120的共同作用后输送至负载，该变流器装置100包括多个接口，可适用于连接光伏侧端子PV和连接母线侧端子BUS的光伏发电设备200的两种应用场景，提高了变流器装置100的兼容性，减少了变流器装置100的使用成本，使用便捷，使用可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种变流器装置，其特征在于，包括直流变流器、交流变流器、光伏侧端子、母线侧端子和负载接线端子，所述光伏侧端子连接所述直流变流器，所述直流变流器连接所述交流变流器，所述母线侧端子连接所述交流变流器，所述交流变流器连接所述负载侧端子，所述光伏侧端子或所述母线侧端子用于连接光伏发电设备，所述负载侧端子用于连接负载。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光伏侧端子与所述直流变流器可拆卸连接，所述直流变流器与所述交流变流器可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光伏侧端子为两个以上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光伏侧端子包括光伏正极接线端子和光伏负极接线端子，所述光伏正极接线端子和所述光伏负极接线端子均连接所述直流变流器；所述母线侧端子包括母线正极接线端子和母线负极接线端子，所述母线正极接线端子和所述母线负极接线端子均连接所述交流变流器，所述负载侧端子包括负载正极接线端子和负载负极接线端子，所述负载正极接线端子和所述负载负极接线端子均连接所述交流变流器。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括保护壳，所述直流变流器和所述交流变流器均设置于所述保护壳内，所述光伏侧端子、所述母线侧端子和所述负载接线端子设置于所述保护壳。

6.一种光伏发电系统，其特征在于，包括光伏发电设备和如权利要求1-5中任意一项所述的变流器装置，所述光伏发电设备连接所述变流器装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述光伏发电设备包括光伏组件和功率优化设备，所述光伏组件通过所述功率优化设备连接所述变流器装置。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述光伏组件的数量与所述功率优化设备的数量相等。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括切换开关装置，所述切换开关装置连接所述光伏发电设备，并连接所述光伏侧端子和所述母线侧端子。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器连接所述切换开关装置。

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